我國空間科學及民用航天重點發展方向展望
我國空間科學五大重點發展方向展望
面向空間科學的原始創新、基礎發展能力的快速提升，未來航天領域的主要任務是：瞄準解決空間科學探測概念與技術發展創新不足、原創探測種類少等短板弱項，以科學問題為導向，以對未知世界的科學探索需求為牽引，圍繞宇宙的形成與演化、系外行星和地外生命的探索、太陽活動及其對地球空間環境的影響、超越現有物理理論的新物理規律等熱點和基礎性科學問題，充分探測宇宙、了解宇宙、認識宇宙，反過來認識地球，認識人類自己，拓展人類的知識。
圍繞上述目標，結合科學探測的特點，未來一段時期我國空間科學領域重點發展方向如下：
暗物質與宇宙射線探測。建設能夠搭載暗物質與宇宙射線探測的試驗系統，尋找和研究暗物質粒子，測量銀河系宇宙線的成分和精細能譜，開展天體高能伽瑪射線巡天觀測。將空間高能量粒子和宇宙線能譜測量推進到TeV能區，以大大超過國際各項計劃的能力研究暗物質粒子的存在，有望解決暗物質引力之外的相互作用、宇宙線的起源等重大科學前沿問題。
脈衝星宇宙時空基準。利用脈衝星發射的X射線、γ射線作為天然信標，探測30顆左右的脈衝星信號，建立脈衝星導航資料庫，解決深空探索中時間測量的問題，最終構建脈衝星時間、實現宇宙時空基準，引導航天器在宇宙空間長時間自由航行。突破準直型和聚焦型探測器、資料庫、時間同步和大尺度導航等關鍵技術。
可居住類地行星探測。利用亮星巡天空間望遠鏡（BSST）對鄰近類太陽恆星（光譜型為F、G、K）的行星系統進行掩星探測，以期發現位於可居住區內的類地行星（亞地球質量）。BSST通過亮星不間斷的長時間巡天，可以獲得一大批明亮的脈動變星高精度、高連續性光變曲線，有助於發現一批類地行星。
系外行星大氣光譜探測。針對太陽系外行星系統進行的空間高精度光譜探測，採用掩星法對太陽系附近400餘顆存在行星掩星現象的恆星進行高精度光譜探測，進而分析其行星系統大氣的物理化學成分，觀測譜段覆蓋近紫外、可見光及近、中紅外譜段。同時，從生命搜尋的角度出發，兼顧小天體的研究，為我國系外行星與生命探索奠定技術基礎。
日地空間環境立體探測。建設由4顆衛星組成的日地空間環境探測衛星星座，對太陽和日地環境進行立體、多空間尺度的監測。其中2顆衛星分別位於日地L1和L3點，形成對日觀測的立體視角，拍攝太陽的三維圖像，監測太陽活動及磁場的變化；另外2顆衛星分別位於日地L4和L5點，開展日地環境整體性和綜合性的科學探測與研究，大範圍實時監測日地空間環境的長期變化，精確計算災害性空間天氣到達地球的時間。
我國民用航天五大重點發展方向展望
民用航天要服務大眾與普惠民生，面向經濟社會發展重大戰略需求，以原始創新為引領，以滿足用戶需求、提升應用效能和促進航天產業發展為根本目的，公益與商業服務並舉，服務國家戰略，發展全球尺度地球數據獲取及應用能力，支撐海洋強國戰略、「一帶一路」倡議的實施；惠及大眾民生，綜合利用多種譜段、高時空解析度、高靈敏度探測系統以及高速通信網路，滿足生態保護、氣象預報等重大民生需求，推動文化傳播、高品質信息服務等信息消費；深化應用，利用「大智移雲物」技術，推動商業化航天服務和多源數據融合共享，支撐重要行業深化應用和大眾服務。
全球立體綜合大氣觀測系統。為準確預報全國、省區、重點城市的天氣，精細探測全球雲、雨、風、溫度等大氣圈層三維結構，充分發揮高軌系統的高時效特性和低軌系統的高解析度特性，發展高軌50米級大氣成像、低軌激光風場測量、低軌降雨測量雷達等衛星系統，對颱風、暴雨、霧霾、沙塵暴等災害性天氣的形成、演變等進行近實時觀測和預報，積累全球氣候變化觀測數據，為我國經濟發展提供強大的服務保障，並承擔相應的國際責任。
面向地震預報的高精度探測系統。為提升地震綜合監測預報能力，綜合利用紅外、電磁、重力場等探測手段，發展5m解析度紅外成像、1nT精度寬譜磁場探測、1mGal精度重力測量等衛星系統，對地面溫度場、空間磁場、高能粒子、地球物理場等變化進行連續、高精度數據探測和相關參數反演，探索這些參數與地球應力積累、爆發、釋放之間的規律，捕捉地震活動規律和先兆，探索預測地震的新型方法手段，避免或減少地質災害對人民生命財產造成損失。
全維多手段生態系統監測系統。圍繞人類發展所面臨的資源短缺、生態退化、重大自然災害頻發、交通擁堵等問題，利用高解析度成像、激光雷達、高光譜等新型載荷，發展亞米級成像、大氣污染監測、水資源探測、海洋監視等衛星系統，對大氣、水、岩和生物等圈層等進行多要素智能化探測，提高生態紅線維持、精細農業、污染治理、大數據分析、智慧海洋建設等能力。
全球泛在高速信息網路。針對「寬頻中國」和「一帶一路」等泛在通信與寬頻通信巨大需求，突破太赫茲通信、激光通信和認知無線電技術，發展超大容量通信、高承載通信和可重構通信等衛星系統，支持構建由通信網、互聯網、感測器網構成的泛在信息網路，滿足區域協調、軍民融合、大眾消費等多樣化需求。
中國特色商業航天服務。迎接「太空經濟」時代的到來，利用大數據、智能處理、移動網路、雲計算等新興技術，構建大數據一體化應用體系，推動天地一體、多維信息智能同化與實時融合。突破空間VR、人機溝通、情景構建等前沿技術，發展全息虛擬地球、時空基準轉換、個性化定製等系統，滿足立體智能交通、無人駕駛、物聯網等需求。發展智能在軌服務能力，推動太空旅遊觀光，探索碎片清除服務、小天體勘察採礦和資源利用新途徑，促進太空產業發展。
作者：許社村 侯宇葵 孫亞楠 任迪（錢學森空間技術實驗室）
（本文為節選，全文詳見《國際太空》2018年第1期。）
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